第一章 化工设备常用材料及其选择(4)
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化工设备机械基础
• ⑤产品总成本：是生产中一切经济效果的综合反映。一般 要求产品的总成本愈低愈好，但如果一个化工设备是生产 中间产品，则为了使整个生产的最终产品的总成本为最低， 此中间产品的成本就不一定选择最低的指标，而应从整个 生产系统的经济效果来确定。
• 三、容器零部件的标准化
• 1．标准化的意义
• ①组织现代化生产的重要手段之一。实现标准化，有利于 成批生产，缩短生产周期，提高产品质量，降低成本从而 提高产品的竞争能力。
金属腐蚀破坏的形式: 均匀腐蚀与非均匀腐蚀（又称局部腐蚀）
金属设备的防腐措施：
1、衬覆保护层 2、电化学保护 3、缓蚀剂
第二章 容器设计的基本知识
• 一、容器的分类与结构 • （一）结构
• （二）分类 • 第一种：按设计压力分类 • 按承压方式，压力容器可分为内压容器与外压容器。 • 内压容器又可按设计压力（P）大小分为四个压力等级：：
一化学腐蚀：金属遇到干燥的气体或非电解质溶液而发生化 学作用所引起的腐蚀。其产物在金属的表面，腐蚀过程 中没有电流的产生。
二氢腐蚀：氢气在较低温度和压力(＜200℃，＜5.0MPa)下 对普通碳钢及低合金钢不会有明显的腐蚀，但是在高温 高压下则会对它们产生腐蚀，结果使材料的机械强度和 塑性显著下降，甚至损坏，这种现象常称为“氢腐蚀”。
（也是通过试验方法获得，一般在油压机上进行弯曲试验，测定材料的 缺口敏感性。）
• 4.硬度 ： • 衡量材料软硬的一个指标 • 总之，在材料的力学性能所包括的强度、塑性、韧性、硬度四个指
标中， • 强度和塑性占主导地位，但使用时要考虑温度的变化。 二化学性能（主要指耐腐蚀性和抗氧化性） • 1、耐腐蚀性： • 金属和合金对周围介质，如大气、水汽、各种电解液侵蚀的抵抗能
《化工设备机械基础》习题解答
《化工设备机械基础》习题解答第一章化工设备材料及其选择一. 名词解释1.蠕变：在高温时，在一定的应力下，应变随时间而增加的现象。
或者金属在高温和应力的作用下逐渐产生塑性变形的现象。
2.延伸率：试件受拉力拉断后，总伸长的长度与原始长度之比的百分率。
3.弹性模数(E)：材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即σ=Eε,比例系数E为弹性模数。
4.硬度：金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入表面发生变形或破裂的能力。
5.冲击功与冲击韧性：冲击功是冲击负荷使试样破断所做的功。
冲击韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。
6.泊桑比（μ）：拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。
对于钢材，μ=0.3 。
7.耐腐蚀性：金属和合金对周围介质侵蚀（发生化学和电化学作用引起的破坏）的抵抗能力。
8.抗氧化性：金属和合金抵抗被氧化的能力。
9.屈服点：金属材料发生屈服现象的应力，即开始出现塑性变形的应力。
它代表材料抵抗产生塑性变形的能力。
10.抗拉强度：金属材料在受力过程中，从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值。
1.镇静钢：镇静钢在用冶炼时用强脱氧剂 Si, Al等完全脱氧脱氧，是脱氧完全的钢。
把FeO中的氧还原出来，生成SiO2和Al2O3。
钢锭膜上大下小，浇注后钢液从底部向上，向中心顺序地凝固。
钢锭上部形成集中缩孔，内部紧密坚实。
2.沸腾钢：沸腾钢在冶炼时用弱脱氧剂Mn脱氧，是脱氧不完全的钢。
其锭模上小下大，浇注后钢液在锭模中发生自脱氧反应，放出大量CO 气体，造成沸腾现象。
沸腾钢锭中没有缩孔，凝固收缩后气体分散为很多形状不同的气泡，布满全锭之中，因而内部结构疏松。
3.半镇静钢：介于镇静钢和沸腾钢之间，锭模也是上小下大，钢锭内部结构下半部像沸腾钢，上半部像镇静钢。
4.低碳钢：含碳量低于0.25%的碳素钢。
5.低合金钢：一般合金元素总含量小于5%的合金钢。
6.碳素钢：这种钢的合金元素含量低，而且这些合金元素不是为了改善钢材性能人为加入的。
化工设备常用材料及其选择PPT学习教案
5、标准零部件（如法兰、人孔、手孔等）的材料选择符 合国家标准或行业标准。
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1.6 化工设备材料的选择
5、钢材使用温度 钢材使用温度的下限，除奥氏体不锈钢及另有规
定外，均高于-20 ℃。
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—196
第16页/共20页
1.6.2 选材实例分析
[实例1] 选择液氨贮罐材料（使用地：沈阳）
不锈钢：耐大气腐蚀的钢 耐酸钢：能抵抗酸和其它强烈介质的钢
铬不锈钢：以铬为主
不锈钢
铬镍不锈钢：以铬、镍为主
节镍（无镍）不锈钢
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1、铬不锈钢
铬的作用：
能溶于铁的晶格中形成固溶体，耐蚀；
氧化性介质中，能生成一层致密稳定的氧化膜，起保护作用。
耐蚀性影响因素：
碳：与Cr形成铬的碳化物Cr23C6 ，使铁的固溶体中的有效铬含
化工设备常用材料及其选择
会计学
1
1.5 低合金钢及化工设备特种钢
碳钢在使用上所受限制： 1）强度低； 2）耐腐蚀性差； 3）使用范围窄。
1.5.1 合金元素对钢的影响 合金钢：以改善钢材的性能为目的，在碳钢中特意 加入一些合金元素所得的钢。
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1.5 低合金钢及化工设备特种钢
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表1-21 推荐的材料： 普通低碳钢：Q235-B 优质低碳钢：20R 低合金钢：16MnR
15MnVR
Q235-C
15MnVNbR
18MnMoNbR
13MnNiMoNbR
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1.5 低合金钢及化工设备特种钢
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1.6 化工设备材料的选择
5、钢材使用温度 钢材使用温度的下限，除奥氏体不锈钢及另有规
定外，均高于-20 ℃。
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1.6.2 选材实例分析
[实例1] 选择液氨贮罐材料（使用地：沈阳）
不锈钢：耐大气腐蚀的钢 耐酸钢：能抵抗酸和其它强烈介质的钢
铬不锈钢：以铬为主
不锈钢
铬镍不锈钢：以铬、镍为主
节镍（无镍）不锈钢
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1、铬不锈钢
铬的作用：
能溶于铁的晶格中形成固溶体，耐蚀；
氧化性介质中，能生成一层致密稳定的氧化膜，起保护作用。
耐蚀性影响因素：
碳：与Cr形成铬的碳化物Cr23C6 ，使铁的固溶体中的有效铬含
化工设备常用材料及其选择
会计学
1
1.5 低合金钢及化工设备特种钢
碳钢在使用上所受限制： 1）强度低； 2）耐腐蚀性差； 3）使用范围窄。
1.5.1 合金元素对钢的影响 合金钢：以改善钢材的性能为目的，在碳钢中特意 加入一些合金元素所得的钢。
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1.5 低合金钢及化工设备特种钢
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表1-21 推荐的材料： 普通低碳钢：Q235-B 优质低碳钢：20R 低合金钢：16MnR
15MnVR
Q235-C
15MnVNbR
18MnMoNbR
13MnNiMoNbR
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1.5 低合金钢及化工设备特种钢
第1章 化工设备材料及其选择
影响金属疲劳强度的因素主要有：合金成分、表面状态、组 织结构、夹杂物的多少与分布状况、应力集中情况。
12
2. 塑性
塑性：材料在外力作用下产生塑性变形而不被破坏 的能力。
塑性变形：外力去除后保留的永久变形。 因塑性不足引起材料破坏的例子： ◎锻件裂纹; ◎卷板裂纹; ◎焊缝热影响区裂纹
13
而不断减薄，最后可能导致管道破裂； 高温高压下法兰及螺栓蠕变变形而泄漏；
9
蠕变极限的定义：
① 材料在某一温度下经10万小时，发生1%变形量时的最大应力值 称为该温度下的蠕变强度，MPa
② 材料在某一温度下，引起规定变形速度( v 1105 mm/(mm h)) 的应力值称为蠕变强度，MPa
第1章 化工设备材料及其选择
学习目的与 要求
了解化工设备材料的一般知识，了解常用材料的分类、性 能、参数及用途，初步具备合理选用化工设备材料的能力。
1
1.1 概述
化工过程复杂性、苛刻性对材料提出的高要求
温度：化工设备用材，承受的温度范围极广
烃类原料的热裂解
1100 ℃ ～1300 ℃
烃类蒸汽转化制备合成氨原料气
26
1.3 金属材料的分类与牌号
金属的分类
黑色金属 有色金属
生铁
钢 铜及其合金 铝及其合金 钛及其合金
纯铜 黄铜 铜锡合金 无锡合金
锌及其合金
……
1.3.1 碳钢&铸铁
钢 或是 铁? 含量
碳 Carbon 与Fe的结合方式
28
1.3.1 碳钢&铸铁
C 含量
工业纯铁
+1% other elements
QT 400 — 15 QT 450 — 10 QT 450 — 10
化工设备机械基础 化工设备材料及其选择
44
时效热处理：材料经固溶处理或冷塑变 形后，在室温或高于室温条件下，其组 织和性能随时间而变化的过程。 时效可进一步消除内应力，稳定零件尺 寸，它与回火作用相类似。
45
3、表面淬火
使零件表面层比心部具有更高的 强度、硬度、耐磨性和疲劳强度，而 心部则具有一定的韧性。
46
4、化学热处理
有渗碳、渗氮(氮化)、渗铬、渗硅、渗铝、氰化(碳 与氮共渗)等。 渗碳、氰化可提高零件的硬度和耐磨性； 渗铝可提高耐热、抗氧化性； 氮化与渗铬的零件，表面比较硬，可显著提高耐磨 和耐腐蚀性； 渗硅可提高耐酸性等。
测量方法（压入硬度）：测定一定的压力（F）和 规定的压头所形成的压痕深度或面积。
布氏硬度：HBS-钢球(<450)HBW-硬质合金球(450650) 洛氏硬度：HRA、HRB、HRC，(>650) 其他：维氏硬度(HV)和肖氏硬度(HS)
反映材料弹性、强度与塑性的综合性能指标
14
4、冲击韧性
冲击韧度αk，使其破坏所消耗的功或吸 收的能除以试件的截面面积 低温容器所用钢板αk值不得低于 30J/cm2
38
（4）铸钢和锻钢
铸钢用 ZG表示， ZG25、 ZG35等，用于制造 各种承受重载荷的复杂零件，如泵壳、阀门、 泵叶轮等。 锻钢有08、10、15、…、50等牌号。石油化工 容器用20、25等制作管板、法兰、顶盖等。
39
四、钢的热处理
钢、铁固态下加热、保温和不同的冷却方式，改变 金相组织以满足所要求的物理、化学与力学性能， 称为热处理。
27
二 铁 碳 合 金 状 态 图
28
其他（自学）
碳钢在常温下的组织 共析钢(0.77%C) 亚共析钢(<0.77%C) 过共析钢(0.77~2.11%C) 铸铁(2.11~4.3%C)
时效热处理：材料经固溶处理或冷塑变 形后，在室温或高于室温条件下，其组 织和性能随时间而变化的过程。 时效可进一步消除内应力，稳定零件尺 寸，它与回火作用相类似。
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3、表面淬火
使零件表面层比心部具有更高的 强度、硬度、耐磨性和疲劳强度，而 心部则具有一定的韧性。
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4、化学热处理
有渗碳、渗氮(氮化)、渗铬、渗硅、渗铝、氰化(碳 与氮共渗)等。 渗碳、氰化可提高零件的硬度和耐磨性； 渗铝可提高耐热、抗氧化性； 氮化与渗铬的零件，表面比较硬，可显著提高耐磨 和耐腐蚀性； 渗硅可提高耐酸性等。
测量方法（压入硬度）：测定一定的压力（F）和 规定的压头所形成的压痕深度或面积。
布氏硬度：HBS-钢球(<450)HBW-硬质合金球(450650) 洛氏硬度：HRA、HRB、HRC，(>650) 其他：维氏硬度(HV)和肖氏硬度(HS)
反映材料弹性、强度与塑性的综合性能指标
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4、冲击韧性
冲击韧度αk，使其破坏所消耗的功或吸 收的能除以试件的截面面积 低温容器所用钢板αk值不得低于 30J/cm2
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（4）铸钢和锻钢
铸钢用 ZG表示， ZG25、 ZG35等，用于制造 各种承受重载荷的复杂零件，如泵壳、阀门、 泵叶轮等。 锻钢有08、10、15、…、50等牌号。石油化工 容器用20、25等制作管板、法兰、顶盖等。
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四、钢的热处理
钢、铁固态下加热、保温和不同的冷却方式，改变 金相组织以满足所要求的物理、化学与力学性能， 称为热处理。
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二 铁 碳 合 金 状 态 图
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其他（自学）
碳钢在常温下的组织 共析钢(0.77%C) 亚共析钢(<0.77%C) 过共析钢(0.77~2.11%C) 铸铁(2.11~4.3%C)
化工设备基础知识
(1) “低合金”是指钢中含有合金元素总量＜3％. 有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460. 最常用的是Q345钢.
第三十二页，共41页。
例如 40Cr钢平均含碳量为万分之四 十，即0．4％、平均含Cr＜1.5％；
1Cr18Ni9Ti钢平均含碳量为万分之一， 即0.01％、平均含Cr18万分之一 Ni9
等。
热强钢主要能抗蠕变，也有一定的抗氧化能力，常 用做高温下受力的零部件。常用牌号有1Cr13、 1Cr18Ni9Ti、1Cr5M。1CrllMoV等。
第三十五页，共41页。
3．有色金属 （1）铜及其合金
铜在各种浓的硝酸、氨和铵盐溶液中的耐蚀性差， 但对稀的硫酸、亚硫酸、盐酸、醋酸、氢氟酸及其他 非氧化性酸等介质的耐腐蚀性较好。 纯铜（紫铜） 主要用于制造有机合成和有机酸工业上的蒸发器、蛇 管等。
①中压容器； ②低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）； ③低压反应容器和低压储存容器（仅限易燃介质或毒性程
度为中度危害介质）；
④低压管壳式余热锅炉；
⑤低压搪玻璃压力容器。 3．第一类压力容器
除上述规定以外的低压容器为第一类压力容器。
第二十四页，共41页。
一、常用材料标准 1．钢板 ⑴ 碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及
定值下限大于等于540MPa）的材料制造的压力容 器； ⑨移动式压力容器，包括铁路罐车、罐式汽车车、 低温液体运输车、永久气体运输车和罐式集装箱 等； ⑩球形储罐（容积大于等于50 m3）； ⑾低温液体储存容器（容积大于 5 m3） 。
第二十三页，共41页。
2．第二类压力容器
具有下列情况之一的为第二类压力容器。
＊ 功能原理多样化
＊ 外壳多为压力容器
第三十二页，共41页。
例如 40Cr钢平均含碳量为万分之四 十，即0．4％、平均含Cr＜1.5％；
1Cr18Ni9Ti钢平均含碳量为万分之一， 即0.01％、平均含Cr18万分之一 Ni9
等。
热强钢主要能抗蠕变，也有一定的抗氧化能力，常 用做高温下受力的零部件。常用牌号有1Cr13、 1Cr18Ni9Ti、1Cr5M。1CrllMoV等。
第三十五页，共41页。
3．有色金属 （1）铜及其合金
铜在各种浓的硝酸、氨和铵盐溶液中的耐蚀性差， 但对稀的硫酸、亚硫酸、盐酸、醋酸、氢氟酸及其他 非氧化性酸等介质的耐腐蚀性较好。 纯铜（紫铜） 主要用于制造有机合成和有机酸工业上的蒸发器、蛇 管等。
①中压容器； ②低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）； ③低压反应容器和低压储存容器（仅限易燃介质或毒性程
度为中度危害介质）；
④低压管壳式余热锅炉；
⑤低压搪玻璃压力容器。 3．第一类压力容器
除上述规定以外的低压容器为第一类压力容器。
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一、常用材料标准 1．钢板 ⑴ 碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及
定值下限大于等于540MPa）的材料制造的压力容 器； ⑨移动式压力容器，包括铁路罐车、罐式汽车车、 低温液体运输车、永久气体运输车和罐式集装箱 等； ⑩球形储罐（容积大于等于50 m3）； ⑾低温液体储存容器（容积大于 5 m3） 。
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2．第二类压力容器
具有下列情况之一的为第二类压力容器。
＊ 功能原理多样化
＊ 外壳多为压力容器
化工设备材料及其选择—化工设备用其他材料
项目一 化工设备材料及 其选择
单元四 化工设备用其他 材料
1
第四节 有色金属材料
一. 铝及其合金 1.特性：1）密度小，体轻；
2）导电、导热性好。不产生火花； 3）塑性高，强度低； 4）易冷加工，可焊，可铸； 5）耐低温； 6）一定的耐腐蚀性； 7）不污染食物。
2
2.常用铝材：
1）纯铝：高纯铝——L01，L02（浓硝酸设备）； 工业纯铝—L1，L2，L4（换热器，塔，储罐， 深冷设备等）。
用场：腐蚀性强的换热器；泵，管道，机械密 封环，爆破片等。
15
4). 玻璃钢
——用合成树脂做黏结剂，玻璃纤维为骨 架制成。
特点：1）强度高 2）加工性能好 3）耐腐蚀性好
用场：容器，储槽，塔，鼓风机，搅拌器， 泵，管道，阀门等。
16
用途：设备防腐 常用涂料： • 防锈漆； • 底漆； • 大漆； • 环氧树脂漆； • 酚醛树脂漆。等。
14
3). 不透性石墨
——各种树脂侵汲石墨，消除孔隙而成。 特点：1）较高的化学稳定性和良好的导热性，
热膨胀系数小，耐温度急变性好； 2）不污染介质； 3）加工性能好，相对密度小； 4）力学性能较低，性脆。
6
三. 铅及其合金
特点： 1）强度低、硬度低、不耐磨、非常软； 2）耐硫酸腐蚀性能强，但不耐甲酸、乙酸、
硝酸及碱溶液； 3）耐辐射性强。 用场：加料管、鼓泡器、耐酸泵等，特别
是在一些有辐射的场合用来进行屏蔽。
7
四. 钛及其合金 特点：1）密度不大而强度高；
2）耐腐蚀性能近乎或超过不锈钢； 3）耐热。 用场：航空工业，化学工业。
用场：搪瓷设备，如反应釜、储罐、 换热器、塔、阀门等。
10
单元四 化工设备用其他 材料
1
第四节 有色金属材料
一. 铝及其合金 1.特性：1）密度小，体轻；
2）导电、导热性好。不产生火花； 3）塑性高，强度低； 4）易冷加工，可焊，可铸； 5）耐低温； 6）一定的耐腐蚀性； 7）不污染食物。
2
2.常用铝材：
1）纯铝：高纯铝——L01，L02（浓硝酸设备）； 工业纯铝—L1，L2，L4（换热器，塔，储罐， 深冷设备等）。
用场：腐蚀性强的换热器；泵，管道，机械密 封环，爆破片等。
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4). 玻璃钢
——用合成树脂做黏结剂，玻璃纤维为骨 架制成。
特点：1）强度高 2）加工性能好 3）耐腐蚀性好
用场：容器，储槽，塔，鼓风机，搅拌器， 泵，管道，阀门等。
16
用途：设备防腐 常用涂料： • 防锈漆； • 底漆； • 大漆； • 环氧树脂漆； • 酚醛树脂漆。等。
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3). 不透性石墨
——各种树脂侵汲石墨，消除孔隙而成。 特点：1）较高的化学稳定性和良好的导热性，
热膨胀系数小，耐温度急变性好； 2）不污染介质； 3）加工性能好，相对密度小； 4）力学性能较低，性脆。
6
三. 铅及其合金
特点： 1）强度低、硬度低、不耐磨、非常软； 2）耐硫酸腐蚀性能强，但不耐甲酸、乙酸、
硝酸及碱溶液； 3）耐辐射性强。 用场：加料管、鼓泡器、耐酸泵等，特别
是在一些有辐射的场合用来进行屏蔽。
7
四. 钛及其合金 特点：1）密度不大而强度高；
2）耐腐蚀性能近乎或超过不锈钢； 3）耐热。 用场：航空工业，化学工业。
用场：搪瓷设备，如反应釜、储罐、 换热器、塔、阀门等。
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化工设备机械基础大纲精编WORD版
化工设备机械基础大纲精编W O R D版IBM system office room 【A0816H-A0912AAAHH-GX8Q8-GNTHHJ8】《化工设备机械基础》课程大纲课程编号：课程类型：技术基础课学时：48适用对象：精细化工专业使用教材：《化工设备机械基础》高安全编着，化学工业出版社出版社参考书：1、《化工设备机械基础》赵军等编，化学工业出版社，20002、《化工设备机械设计基础》潘永亮主编，科学出版社，1999年3、《化工轻工机械设计基础》陈经梅等编，浙江大学出版社，1994第一部分前言一、课程的性质本课程是化工工艺类专业一门综合性的机械类技术基础课。
通过本课程的学习，掌握一定的化工机械方面的基础知识，并具备对一般化工设备进行结构分析和设计的初步能力，为今后从事化工工艺过程研究、设计和生产管理奠定必要的基础。
使学生掌握相关的基本理论、基本知识以及设计的基本方法，为从事化工设备机械的设计、使用、管理和维护打下基础。
二、课程基本理念1.坚持以高职教育培养目标为依据，遵循“结合理论联系实际，以应知、应会”的原则，以培养锻炼职业技能为重点。
2.注重培养学生的专业思维能力和专业实践能力。
3.把创新素质的培养贯穿于教学中。
采用行之有效的教学方法，注意发展学生专业思维和专业应用能力。
4.培养学生分析问题、解决问题的能力三、课程的设计思路《化工设备机械基础》课程在设计思想上充分体现一体化，即：理论与实践内容一体化、知识传授与动手训练场地一体化、理论与实路教师为一人的“一体化”。
《化工设备机械基础》的课程内容要经历由社会调研的行业岗位分析到典型工作任务确定，从典型工作任务对职业核心能力的要求到学习领域的设定，强调学习领域的教学内容是由多个学习专情境的整合，在每个学习情景构建中分成应知知识点、职业能力要点、职业素质训练三个部分，为学生素质能力、职业能力、创新能力培养开拓了新的途径，每一个学习情境对应一个典型工作过程。
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铬不锈钢：以铬为主
不锈钢
铬镍不锈钢：以铬、镍为主
节镍（无镍）不锈钢
2020/3/22
❖ 1、铬不锈钢
❖ 铬的作用：
❖
能溶于铁的晶格中形成固溶体，耐蚀；
❖
氧化性介质中，能生成一层致密稳定的氧化膜，起保护作用。
❖ 耐蚀性影响因素：
❖
碳：与Cr形成铬的碳化物Cr23C6 ，使铁的固溶体中的有效铬含量
降低，耐蚀性下降；
2020/3/22
1.5 低合金钢及化工设备特种钢
1.5.3 锅炉钢和容器钢 锅炉钢（g ）、容器钢（R）：
类型：优质碳素钢、低合金钢 要求如下：
1）较高的强度； 2）良好的塑性、韧性和冷弯性能； 3）较低的缺口敏感性； 4）良好的焊接性、加工工艺性。 5）有良好的低倍组织（用肉眼或低倍放大镜观察的高温合 金材料组织。低倍组织已广泛用作鉴别和判断材料质量以 及生产工艺是否完善的常规检验手段。）
式沿晶间析出，形成奥氏体晶界附近的贫铬区（Cr含量
﹤12%），并在该区产生腐蚀的现象。
❖ 措施：
❖ ①重新进行淬火处理，使Cr、C再溶于奥氏体中；
❖ ②减少钢中碳含量，减少Cr的含量流失；
❖ ③在钢中加入与碳亲和力比Cr更强的Ti、Nb等元素，将 碳固定住。
2020/3/22
❖ 表1-17，不锈钢分类
❖ 注：
❖
①18-8在含有氯离子的溶液中腐蚀严重；
❖
②容易产生晶间腐蚀。
❖
③在强氧化剂介质中具有很高的耐蚀性，但在还原性介
质中不耐蚀。
❖ 组织：热处理后常温下为单一奥氏体组织—奥氏体不锈钢
❖ 用途：贮槽、塔器、反应釜、阀件等
2020/3/22
❖ 晶间腐蚀
❖
18-8在加热或自高温缓慢冷却时，碳会以碳化铬的形
2020/3/22
❖ 4、其它指导准则 ❖ 1）碳素钢用于介质腐蚀性不强的常、低压容器或壁厚不
大的中压容器； ❖ 2）低合金钢，用于介质腐蚀性不强的中、高压容器； ❖ 3）不锈钢用于介质腐蚀性较强、设计温度大于500℃或
小于-100 ℃的场合； ❖ 5、标准零部件（如法兰、人孔、手孔等）的材料选择符
对大多数材料无腐蚀。
❖
温度与压力：
❖
夏季贮罐经太阳暴晒，温度可达40 ℃甚至更高，这时氨的饱和蒸汽
压为1.485MPa（表压），
❖
冬季沈阳月平均最低气温为-19.8 ℃，此时氨的饱和蒸汽压为0.09
MPa（表压），
❖
根据《压力容器安全技术监察规程》关于固定式液化气体容器设计
压力的规定，液氨贮罐的设计压力按50 ℃时液氨的饱和蒸汽压确定，
能选用； ❖ 18-8型不锈钢：各种性能好，但价格较高，一般不宜首选； ❖ 碳钢：不耐稀硫酸腐蚀。 ❖ 方案：采用碳钢（Q235-AR）制造外壳满足强度要求，内部采用衬里 2020（/3/2瓷2 砖）解决腐蚀问题。
1.5 低合金钢及化工设备特种钢
6）钼 提高高温强度、硬度，可防止回火脆性。
7）钒 提高高温强度、淬透性、塑性。
8）钛 提高强度、韧性、耐热性。
9）稀土元素 提高强度，改善塑性、低温脆性、耐腐蚀性及焊接性能。
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1.5 低合金钢及化工设备特种钢
小结：加入的元素对钢性能的影响 1）降低钢材的临界淬火速度 2）提高铁素体的强度 3）减少马氏体的脆性 4）提高钢材的高温强度及抗氧化性 5）增强钢材的耐腐蚀性
化工设备机械基础
Fundamental Chemical Process Equipment
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1.5 低合金钢及化工设备特种钢
碳钢在使用上所受限制： 1）强度低； 2）耐腐蚀性差； 3）使用范围窄。
1.5.1 合金元素对钢的影响 合金钢：以改善钢材的性能为目的，在碳钢中特意 加入一些合金元素所得的钢。
❖
铬：含量大于13%，耐蚀性提高。
❖ 常用钢号：
❖
lCr13、2Cr13、受冲击载荷较大的零件
0Cr13、0Cr17Ti耐氧化性酸和硫化氢气体的腐蚀，部分代替高铬镍 型不锈钢
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❖ 2、铬镍不锈钢
❖ 典型钢号：1Cr18Ni9，常表示为18-8
❖ 成分：含碳量≤0.14%，Cr含量17%～19%，Ni含量8%～11%
3、一般情况下，按下列规则选材是经济的。 （1）所需钢板厚度小于8mm时，在碳素钢与低合金钢之间，
应优先选用碳素钢钢板。在以刚度设计或结构设计为主的 场合，亦应尽量选用普通碳素钢钢板。 （2）在以强度设计为主的场合，应根据材料对压力、温度、 介质等的使用限制，依次选用Q235-B、Q235-C、20R(20g）、 16MnR、15MnVR、18MnMoNbR等钢板； （3）所需不锈钢厚度大于12mm时，应尽量采用衬里等结构形 式；另外，不锈钢应尽量不用作设计温度≤500 ℃的耐热用 钢。 （4）尽量采用、试用无镍、少镍的不锈钢代替铬镍不锈钢。
为1.973MPa（表压），规定设计压力为2.16MPa.
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❖ 2、选择材料品种
❖ 该容器属于低温、中压范畴，同时温度和压力 有波动。
❖ 对材料的要求：耐压，耐低温，抗压力波动。
❖
优先选择低合金钢，如16MnR、15MnVR、
15MnTi等材料。
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❖ 实例2、选择浓硫酸贮罐材料
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表1-21 推荐的材料： 普通低碳钢：Q235-B 优质低碳钢：20R 低合金钢：16MnR
15MnVR
Q235-C
❖
15MnVNbR
❖
18MnMoNbR
❖
13MnNiMoNbR
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1.5 低合金钢及化工设备特种钢
1.5.4 不锈耐酸钢
不锈耐酸钢
不锈钢：耐大气腐蚀的钢 耐酸钢：能抵抗酸和其它强烈介质的钢
合国家标准或行业标准。
202温度 钢材使用温度的下限，除奥氏体不锈钢及另有规
定外，均高于-20 ℃。
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❖ 1.6.2 选材实例分析
❖ [实例1] 选择液氨贮罐材料（使用地：沈阳）
❖ 1、分析贮罐操作条件
❖
介质：贮罐内盛装经氨压缩机压缩并被水冷凝下来的液态氨。液氨
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1.6 化工设备材料的选择
1.6.1 选材一般原则 1、遵循标准： GB150-1998《钢制压力容器》 《压力容器安全技术监察规程》 HGJ15-89 《钢制化工容器材料选用规定》 2、压力容器承压构件使用普通低碳钢的限制范围见下表。
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1.6 化工设备材料的选择
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1.5 低合金钢及化工设备特种钢
1、加入的元素 1）铬
主加元素，可提高金属的耐腐蚀性、抗氧化性、淬透性、 强度、硬度，降低塑性和韧性。 2）锰 可提高强度，低温冲击韧性。 3）镍 可提高淬透性、耐腐蚀性、低温冲击韧性。 4）硅 提高强度、高温疲劳强度、耐热性等，但降低了塑性和韧 性。 5）铝 2020/3/22显著细化晶粒，提高韧性，降低冷脆性，且价廉。
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1.5 低合金钢及化工设备特种钢
❖ 1.5.2 低合金钢 ❖ 合金元素：≤5% ❖ 含碳量：＜0.2%， ❖ 组 织：铁素体和珠光体。 ❖ 力学性能：良好的焊接性能，较高的强度，耐腐蚀性和低温
性能。 ❖ 应 用：广泛用于桥梁、车辆、锅炉、化工容器和输油管等。 ❖ 16MnR：大型化工设备 ❖ 15MnVR:制造球形储罐
❖ 已知贮罐容积为40m3，间歇操作，通蒸汽清洗。 ❖ 1、分析贮罐操作条件 ❖ 介质为浓硫酸，是强腐蚀性介质，操作温度为常温，压力为常压。 ❖ 容器选材主要考虑腐蚀和制造因素。 ❖ 2、选择材料品种 ❖ 耐浓硫酸腐蚀的材料：灰铸铁、高硅铸铁、碳钢、18-8型不锈钢。 ❖ 其中，灰铸铁和高硅铸铁，抗拉强度低，又不可能铸造出大型设备，不